KR20080070019A - 반도체 레이저의 광전력 및 소광비 제어 - Google Patents

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Abstract

반도체 레이저(202)를 위한 사실상 일정한 광전력 및/또는 소광비를 실현하기 위한 방법, 장치 및 시스템을 개시한다. 일 양상에서, 광송신기(200)의 마이크로제어기(206)는 반도체 레이저(202)에 의해 방출되는 빛의 측정된 제1 광전력과 사전결정된 목표 광전력의 비교를 적어도 일부분 기반으로 하여 반도체 레이저(202)로 공급되는 전류를 조정할 수 있다. 그 후 마이크로제어기(206)는 측정된 제1 광전력과, 제어기(206)가 전류를 조정한 후에 측정된 제2 광전력을 포함하는 수학식을 계산함으로써 사실상 일정한 소광비를 반도체 레이저(202)에게 제공할 수 있는 전류를 결정할 수 있다.
광전력, 소광비, 기울기 효율, 임계치, 변조, 임계, 구동

Description

반도체 레이저의 광전력 및 소광비 제어{CONTROLLING OPTICAL POWER AND EXTINCTION RATIO OF A SEMICONDUCTOR LASER}
관련 출원에 대한 참조
본 출원은 2004년 12월 10일에 출원되어 공동계류중인 미국 특허출원 제11/008,905호와 관련있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예는 반도체 레이저의 제어에 관한 것이다. 특히 본 발명의 하나 이상의 실시예는 반도체 레이저의 광전력 및/또는 소광비extinction ratio)의 제어에 관한 것이다.
반도체 레이저는 폭넓은 다양한 애플리케이션에 사용된다. 특히 반도체 레이저는 상당량의 정보를 가지고 변조된 빔이 컴퓨팅 환경에서 칩에서 칩으로와 같은 단거리뿐만 아니라 광섬유 상에서 광속으로 상당 거리 전달될 수 있는 광통신 시스템에서의 집적소자이다.
반도체 레이저는 통상 상이한 온도에서 동작한다. 반도체 레이저의 온도가 변할 수 있는 한가지 이유는 근접 회로에 의한 열 발생과 다른 열 발생 소자로 인한 것이다. 소위 SFF(Small Form Factor) 모듈에서, 온도의 변화는 비교적 작은 모듈내의 이러한 소자들의 상당한 근접성으로 인해 심해질 수 있다. 또한 다수 SFF 모듈이 동일 라인 카드 또는 네트워크 장치에 포함될 수 있어, 온도의 증가를 더욱 증진시킬 수 있다. 또한 상이한 환경 온도가 레이저의 온도에 영향을 미칠 수 있다. 그 결과, 광트랜시버(optical transceivers)는 종종, 예를 들어 -10℃ 만큼 차가운 온도로부터 +70℃ 만큼 뜨거운 온도까지 비교적 넓은 온도 범위, 혹은 소정의 경우에는 예를 들어 약 -40℃로부터 약 +85℃ 까지의 더 큰 온도 범위에 걸쳐 동작할 것으로 예상된다.
반도체 레이저의 소정 특성이 온도에 의해 변할 수 있다는 것은 주목할 만한 일이다. 온도에 인해 변할 수 있는 몇몇 알려진 파라미터는 임계 전류(threshold current), 기울기 효율(slope efficiency) 및 소광비를 포함한다. 하나 이상의 이들 파라미터에서의 변동이 경감되지 않는다면 반도체 레이저를 사용하는 광트랜시버의 성능이 상당히 저하될 수 있다.
이들 변경되는 레이저 특성을 보상하기 위한 다양한 접근방안이 본 기술분야에 알려져 있다. 하나의 예시적인 접근방안에서는 메모리에 룩업 테이블(look-up table)을 저장할 수 있다. 룩업 테이블은 특정 온도에서 레이저를 구동하기에 적당한 레이저 구동 전류를 저장하는 데 사용될 수 있다. 이러한 접근방안의 가능한 단점은 룩업 테이블을 저장하기 위한 메모리 공급으로 제조 비용이 증가될 수 있고, 그리고/혹은 룩업 테이블을 채울 데이터를 얻는 일이 비용이 들거나, 어렵거나, 불편하거나 및/또는 부정확할 수 있다는 것이다. 다른 접근방안은 APC(automatic power control) 루프 또는 서미스터(thermistors)의 사용을 기반으로 한다.
본 발명은 본 발명의 실시예를 설명하는 데 사용되는 첨부 도면 및 후속된 상세한 설명으로부터 보다 잘 이해될 수 있다.
도 1은 하나 이상의 실시예에 따라서, 상이한 두 온도에서 반도체 레이저를 위한 대표적인 레이저 출력 전압 대 레이저 입력 구동 전류를 도시하는 플롯이다.
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라서, 광송신기의 적절한 소자를 도시하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라서, 사실상 일정한 광전력 및 사실상 일정한 소광비를 유지하기 위하여 반도체 레이저의 구동 전류를 조정하는 방법을 도시하는 블록 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 적합한 TOSA(transmitter optical sub-assembly)의 단면을 도시하는 도면이다.
도 5는 광전자 어셈블리를 수용하기 위한 TO-캔을 도시하는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 적합한 광트랜시버의 블록도이다.
도 7은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 적합한 모범적인 SFF(Small Form Factor) 광트랜시버 패키지의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라서, 다수의 광트랜시버를 가진 라인 카드 및 스위치 패브릭을 포함한 네트워크 교환설비의 블록도이다.
후속되는 설명에서는 다수의 특정 상세사항을 기술할 것이다. 그러나 본 발 명의 실시예는 이들 특정한 상세사항 없이도 실행될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 다른 경우에, 본 설명의 이해가 모호하지 않도록 상세한 설명에서 공지의 회로, 구조 및 기법을 상세히 도시하지 않았다.
도 1은 하나 이상의 실시예에 따라서, 두 상이한 온도에서 반도체 레이저를 위한 대표적인 레이저 출력 전력 대 레이저 입력 구동 전류 특성을 도시하는 플롯이다. VCSELs(vertical cavity surface emitting laser)와 페브리페롯(Fabry-Perot) 레이저는 유사한 특성을 보이는 경향이 있다. 또한 다른 유형의 반도체 레이저가 온도에 의존할 수 있는 기울기 효율 및/또는 임계 전류를 가질 수 있다.
플롯은 수평축 상에 레이저로 공급되는 구동 전류(I)와, 수직축 상에 이 구동 전류에 대응하는 레이저 출력 전력(P)을 도시한다. "저온(lower temperature)"에 있는 곡선과 "고온(higher temperature)"에 있는 곡선의 두 상이한 "곡선(curve)"을 도시한다.
"곡선"은 잘 알려진 두 특성, 즉 임계 전류 및 기울기 효율에 의해 특징지어 진다. 먼저 임계 전류에 대해 기술할 것이며, 그 후에 기울기 효율에 대해 기술할 것이다.
제1 임계 전류(IT)는 저온 플롯 상에 라벨링되고, 제2 임계 전류(IT')는 고온 플롯 상에 라벨링된다. 레이저 출력은 임계 전류 위에서보다 임계 전류 아래에서 구동 전류의 증가에 따라 상당히 보다 저속으로 증가한다. 종종 임계 전류 아래에서 레이저 출력 전력은 무시될 수 있다. 출력 전력은 임계 전류 위에서 구동 전류의 증가에 따라 사실상 선형적으로 증가하는 경향이 있을 수 있다.
임계 전류는 온도가 증가함에 따라 증가하는 경향이 있다. 저온에서의 임계 전류(즉, IT)는 고온에서의 임계 전류(즉, IT')보다 낮다는 데에 주목한다. 이론상의 범위가 되도록 원하지 않는다면, 임계 전류는 광 이득이 광 손실을 초과하는 시점을 나타낼 수 있다. 온도 증가에 의한 임계 전류의 증가는 온도 증가에 의한 레이저의 광 이득 감소로 인할 것일 수 있다. 광 이득이 감소함에 따라, 일정한 빛 방출을 얻기 위해서는 더 많은 전류가 필요할 수 있고, 이것은 임계 전류를 증가시킬 수 있다. 그러나 기술된 온도 의존성이 실제 실행시에 관찰되므로, 본 발명의 범주는 이러한 영향에 대한 임의의 공지된 이유로 제한되지는 않는다.
일단 반도체 레이저가 임계 전류 위에 있는 전류에서 바이어스된다면, 출력 광전력은 구동 전류의 증가에 따라 사실상 선형적으로 증가할 수 있다. 대응하는 입력 구동 전류의 변동에 대한 레이저 출력 전력의 변동의 비는 기울기 효율로 알려져 있다. 기울기 효율은 임계 전류 위에서 플롯의 선형 부분의 기울기를 나타낼 수 있다.
도시된 바와 같이, 기울기 효율은 온도의 증가에 따라 감소될 수 있다. 제1 기울기 효율(S)은 저온 플롯 상에 레벨링되고, 제2 기울기 효율(S')은 고온 플롯 상에 레벨링된다. 저온에서의 기울기 효율(즉 S)은 고온에서의 기울기 효율(즉 S')보다 크다는 점에 주목한다.
반도체 레이저는 종종 임계 전류 위에서 사실상 선형 영역에서 동작한다. 레이저는 저 광전력(PL) 또는 고 광전력(PH)을 방출할 수 있다. PH는 종종 디지털 "1"에 대응하고, PL은 종종 디지털 "0"에 대응한다. 반도체 레이저는 디지털 정보를 나타내는 0 및 1들의 스트림을 전달하기 위하여 저 및 고 광전력 방출 사이에서 신속하게 교번할 수 있다.
소정 경우에, 레이저가 높은 광전력에서 빛을 방출하기 위해 급속하게 변하는 변조 전류를 사실상 일정한 바이어스 전류에 추가할 수 있고, 레이저가 낮은 광전력에서 빛을 방출하기 위해 바이어스 전류로부터 변조 전류를 감산할 수 있다. 저온에서 PH 및 PL을 얻기 위해 필요한 구동 전류는 제1 변조 전류의 두 배(2*Im)만큼 상이하며, 고온에서 PH 및 PL을 얻기 위해 필요한 구동 전류는 제2 변조 전류의 두 배(즉 2*Im')만큼 상이하다는 점에 주목한다. 또한 Im'는 Im 보다 크다는 점에도 주목한다. 고온에서의 기울기 효율(S')은 저온에서의 기울기 효율(S)보다 작기 때문에, 동일한 PH 및 PL을 유지하기 위해서 고온에서의 변조 전류(Im')는 저온에서의 변조전류보다 클 필요가 있다. 따라서 변조 전류는 기울기 효율에서의 감소를 상쇄(offset)하도록 증가될 수 있다.
온도에 따라 변할 수 있는 잘 알려진 또다른 레이저 특성은 소광비이다. 소광비는 레이저의 고출력 광전력(PH) 레벨 대 레이저의 저출력 광전력(PL) 레벨의 비, 즉 (PH/PL)로 나타낼 수 있다. 환언하면, 소광비는 소광비는 레이저가 "온(on)"일 때 디지털 "1"을 위한 송신 전력 대, 레이저가 "오프(off)"일 때 디지털 "0"을 위한 송신 전력의 비를 나타낼 수 있다. 도 1에서 명백히 알 수 있는 바와 같이, 기울기 효율이 감소하고 구동 전류(예를 들면 변조 전류)가 상대적으로 증가하지 않는다면, 소광비도 감소할 것이다. 환언하면, 변조 전류가 PH의 감소를 상쇄하기 위하여 Im으로부터 Im'로 증가하지 않는다면, 저온에서 고온으로의 온도 증가는 소광비를 상당히 감소시킬 수 있다.
소광비가 크게 감소되면 광트랜시버의 성능에 악영향을 미칠 수 있다. 예를 들면 소광비의 감소는 BER(bit error ratio) 및/또는 신호 대 잡음 비에 악영향을 미칠 수 있다. 소정 경우에, 광트랜시버는 최대 예상 동작 온도에서 예를 들면 SONET(Synchronous Optical Network)의 규격과 같은 규격을 만족시킬 수 있기 위하여 저온에서 바람직하지 않은 큰 소광비를 가지도록 설계될 수 있다. 이러한 큰 소광비를 사용하게 되면 예를 들어 지터(jitter)의 증가와 같은 다른 문제를 유발하는 경향이 있을 수 있다.
앞에서는 온도 변화에 따른 반도체 레이저의 변동 특성을 기술했다. 그러나 반도체 레이저의 특성은 또한 예를 들어 (예를 들면 열화(degradation)로 인한) 레이저 수명과 같은 다른 인자로 인해, 그리고/또는 레이저 제조 동안에 직면하는 공정 변동으로 인해 변할 수 있다. 본 발명의 실시예는 모든 이러한 모든 원인으로 인한 변동을 감소시기는 데 유용하다.
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라서, 광송신기(200)의 적절한 소자를 도시하는 블록도이다. 광송신기는 VCSEL(202)과, VCSEL을 구동하기 위한 레 이저 구동회로(204)를 포함한다. 다른 실시예는 VCSEL 외의 다른 반도체 레이저를 포함할 수 있다. 도시된 특정 레이저 구동회로는 마이크로제어기(206), 가변 전류원(208), 광검출기(210) 및 저항기(212)를 포함한다.
마이크로제어기는 예를 들어 시리얼 인터페이스와 같은 상호연결부(214)에 의해 전류원과 전기결합되거나 혹은 이와 통신한다. 마이크로제어기는 전기 제어 신호를 전류원에 공급하거나 전달함으로써 전류원이 VCSEL에 공급하는 전류의 양을 표시 및/또는 제어할 수 있다. 하나의 적당한 마이크로제어기는 캘리포니아 산조세의 아트멜사(Atmel Corporation)으로부터 입수가능한 ATmega88 범용 마이크로제어기이지만, 본 발명의 범주가 이로 제한되지는 않는다. 또한 다른 범용 마이크로제어기가 선택적으로 사용될 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 가변 전류원은 6 비트 DAC(digital-to-analog converter) 전류원을 포함할 수 있지만 본 발명의 범주가 이 양상으로 제한되지는 않는다. 이러한 실시예에서, 마이크로제어기는 6 비트 디지털 전류 코드 신호를 6 비트 DAC 전류원으로 공급할 수 있다. 6 비트 디지털 전류 코드는 64개의 상이한 전류량을 코딩 및 표시할 수 있다. 일 예에서, 비록 하나의 규약이지만 111111의 값은 최고 지원 전류에 대응할 수 있고, 000000의 값은 최저 지원 전류에 대응할 수 있다. 6 비트 전류 코드 신호의 사용이 요구되지는 않는다는 것을 이해해야 한다. 다른 적당한 다중비트 전류 코드 신호는 4 비트, 5 비트, 7 비트, 8 비트, 9 비트, 10 비트 및 16 비트 전류 코드 신호를 포함하고, 그러나 이로 제한되지는 않는다.
6 비트 DAC 전류원은 마이크로제어기로부터 6 비트 전류 코드 신호들 또는 다른 전기 신호들을 수신할 수 있다. 6 비트 DAC 전류원은 6 비트 전류 코드 신호를 대응하는 전류량으로 변환할 수 있다. 예를 들면 베이스(Weiss)에게 허여된 미국 특허출원 제5,001,484호에서는 대표적인 DAC 전류원을 논의하였다. 예를 들면 DAC 전류원은 이진어 또는 코드로 비트를 표현할 수 있는 가중치들의 출력 전류들을 생성하는 전류원 트랜지스터 어레이를 포함할 수 있다. 전류원은 VCSEL과 전기결합되거나 혹은 통신하여, VCSEL로 전류량을 공급할 수 있다.
VCSEL은 전류원으로부터 전류량을 수신할 수 있다. VCSEL은 반도체 마이크로레이저 다이오드의 주요한 한 유형이다. 이 유형의 레이저는 내부에 VCSEL이 형성된 반도체 기판의 표면에 "수직" 또는 직교하는 코히어런드 광빔(coherent beam of light)을 방출한다. VCSEL은 하나의 적당한 반도체 레이저 유형이지만, 본 발명의 범주는 VCSEL로 제한되지는 않는다. 예를 들면 잘 알려진 다양한 반도체 다이오드 레이저와 같은 다른 반도체 레이저도 적당할 수 있다. VCSEL은 수신한 전기 구동 전류량에 대응하는 광량을 전송, 방출 또는 공급할 수 있다.
광검출기는 VCSEL과 광결합하거나 혹은 광통신하며, VCSEL에 의해 공급 또는 방출되는 빛을 검출할 수 있다. 적당한 대표적 광검출기는 애벌런치 광다이오드(avalanche photodiode), 광전자증배관 튜브, p-n 광다이오드, p-i-n 광다이오드등을 포함하나, 이로 제한되지는 않는다. 기술된 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, VCSEL 및 광검출기는 선택적으로 일반적인 TOSA(transmitter optical sub-assembly)(216) 내에 포함되거나 혹은 집적될 수 있는데, 본 발명의 범주는 이 양 상에 제한되지는 않는다. 광검출기와 함께 집적된 VCSEL을 가진 적당한 TOSA는 캘리포니아 더블린의 AOC 테크놀로지사 및 뉴저지 서머셋의 EMCORE사로부터 상업적으로 입수가능하지만, 본 발명의 범주는 단지 이들 TOSA로 제한되지는 않는다. 광검출기는 수신한 입력 광신호에 응답하여, 예를 들면 전압과 같은 출력 전기 신호를 발생할 수 있다. 출력 전기전압 또는 신호의 양 또는 범위는 입력 광전력 또는 신호의 양 또는 범위에 정비례하거나 혹은 적어도 직접 관련될 수 있다.
광검출기는 하나 이상의 라인, 트레이스 또는 다른 전기 신호 경로(218)를 통해 마이크로제어기와 전기결합하거나 혹은 전기통신한다. 광검출기는 검출된 빛을 나타내는 출력 전기 신호를 마이크로제어기로 공급할 수 있다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 출력 전기 신호는 광검출기에 의해 검출된 광전력 또는 광량에 직접 관련있는 전압을 포함할 수 있다. 그러나 본 발명의 범주는 이 특정 유형의 전기 신호로 제한되지 않는다.
마이크로제어기는 출력 전기 신호를 수신할 수 있다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 마이크로제어기는 저항기에 걸친 전압차의 변동을 검출함으로써 전기 신호를 수신할 수 있다. 보다 상세히 후술하는 바와 같이, 본 발명의 하나 이상의 실시예에서 마이크로제어기는 VCSEL로 공급되는 전류를 제어 또는 조정하기 위하여 광검출기로부터 수신한 이러한 전기 신호를 사용하거나, 혹은 일정한 소광비의 유지 및/또는 일정한 광전력 출력 유지를 위하여 다른 반도체 레이저로부터 수신한 이러한 전기 신호를 사용할 수 있다. 이러한 조정은 온도 변경 및/또는 시간에 걸친 반도체 레이저 열화 또는 변동으로 발생되기 쉬울 수 있는 광전력 및/또 는 소광비에서의 변동을 피하도록 도울 수 있다.
상세한 설명 및 특허청구범위는 단순성 및 설명의 용이함을 위해 종종, 광검출기로부터 수신되는 수신 전기 신호를 사용하는 마이크로제어기를 언급할 것이다. 실행시에, 마이크로제어기는 종종 수신 전압 또는 다른 아날로그 전기 신호의 디지털 변환 표현을 사용할 수 있다. 본 명세서에 사용한 바와 같이, 수신 전기 신호라는 용어는 실제 수신한 전기 신호뿐만 아니라 실제 수신한 전기 신호의 이러한 변환 및 표현도 포함하도록 의도된다.
도 3은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라서, 사실상 일정한 광전력 및 사실상 일정한 소광비를 유지하기 위하여 반도체 레이저의 구동 전류를 조정하는 방법(320)의 블록 흐름도이다. 일 양상에서, 방법은 광검출기가 측정을 하고 마이크로제어기는 이 측정을 기반으로 결정하고, 이 결정을 기반으로 조정을 행하는 식으로 협력하는 광검출기 및 마이크로제어기에 의해 구현될 수 있다. 마이크로제어기에 의해 수행되는 동작은 예를 들면 실행가능 명령어들들와 같은 소프트웨어 로직, 혹은 예를 들어 하나 이상의 회로와 같은 하드웨어 로직, 혹은 소프트웨어 및 하드웨어 로직의 결합(예를 들면 소프트웨어가 저장된 판독 전용 메모리를 포함한 펌웨어)에 의해 수행될 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "사실상 일정한 소광비" 등의 어구는 20%보다 작은 소광비 변동을 의미한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "대략 일정한 소광비" 등의 어구는 30%보다 작은 소광비 변동을 의미한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "사실상 일정한 광전력"의 어구는 20%보다 작은 평균 광전력 변동을 의 미한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "대략 일정한 광전력" 등의 어구는 30%보다 작은 평균 광전력 변동을 의미한다. 광전력 및 소광비의 관찰된 변동량은 목표 광전력 및 소광비에 적어도 일부분 의존하는 경향이 있을 수 있다. 약 0.5mW인 목표 광전력과 4(6dB)의 소광비로부터 상당한 편차가 있는 경우에, 상이한 변동량이 관찰될 수 있다.
먼저, 블록(321)에서 광검출기는 VCSEL 또는 다른 반도체 레이저에 의해 방출되는 제1 광전력을 검출 또는 측정할 수 있다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 광검출기는 레이저와 동일한 TOSA내 포함될 수 있다. 이 대신에, 광검출기는 레이저에 근접하거나 혹은 레이저의 광전력을 검출하도록 구성될 수 있다. 광검출기는 광전력을 표시하는 전압 또는 다른 전기 신호를 마이크로제어기로 공급할 수 있다. 전압은 광전력에 정비례하거나 혹은 적어도 직접 관련될 수 있다.
마이크로제어기는 광검출기로부터 출력 전압 또는 다른 전기 신호를 수신할 수 있다. 마이크로제어기는 블록(322)에서 측정된 광전력이 사전결정된(predetermined) 목표 광전력과 임계치보다 더 크게 차이나는 지의 여부에 대한 제1 판정을 위하여 판정 로직 또는 판정유닛 또는 모듈을 포함할 수 있다. 명료성을 위하여, 이 임계치는 도 1에서 도시되고 논의된 소위 임계 전류와 혼동되지 않아야 한다. 임계치는 목표 광전력의 일부 정도의 일정 값일 수 있다. 적당한 임계치는 목표 광 출력값의 약 1% 내지 약 20%, 또는 목표 광 출력값의 약 2% 내지 약 10%를 포함하지만, 이로 제한되지는 않는다. 이들은 몇몇 설명을 위한 예이며, 본 발명의 범주는 임의의 알려진 임계치로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다.
마이크로제어기가 이 값이 임계치보다 작은 양만큼 다르다고 판정한다면(환언하면 판정에서 "아니오")(323), 방법은 블록(321)으로 복귀한다. 이런 식으로, 측정된 광전력과 목표 광전력이 사실상 유사할 때, 전류의 조정을 피할 수 있다. 이것은 다수의 조정을 피하고, 과다상태(thrashing)를 피하고, 그리고/혹은 제어를 약화시키거나 안정화시킬 수 있다. 그러나 본 발명의 범주는 임계치의 사용이 선택사양이고 요구사항이 아니므로 이 양상으로 제한되지 않는다.
이 대신에, 마이크로제어기가 임계치보다 더 크게 차이난다고 판정하면(환언하면, 판정에서 "예")(324), 방법은 블록(325)로 진행할 수 있다. 블록(325)에서, 마이크로제어기는 제2 판정을 행할 추가적인 판정 로직 또는 유닛 또는 모듈을 포함할 수 있다. 특히 기술된 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 마이크로제어기는 측정된 광전력이 목표 광전력보다 큰 지의 여부를 판정할 수 있다. 이는 행해질 수 있는 단지 몇몇 가능한 대략적인 유사 판정중의 하나라는 점을 이해해야 한다. 예를 들면 본 발명의 다른 실시예에서, 마이크로제어기는 목표 광전력이 측정된 광전력보다 큰 지의 여부를 판정할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 마이크로제어기는 측정된 광전력이 목표 광전력보다 작거나 동일한 지의 여부를 판정할 수 있다. 이들은 설명을 위한 몇몇 예이다. 통상 마이크로제어기는 측정된 광전력과 목표 광전력을 비교할 수 있다. 비(ratio) 및 다른 형태의 비교가 또한 잠재적으로 적당할 수 있다.
마이크로제어기는 측정된 제1 광전력 및 사전결정된 목표 광전력의 전술한 비교를 적어도 일부분 기반으로 하여 반도체 레이저로 공급되는 예를 들어 바이어 스 전류와 같은 전류를 조정하기 위한 조정 로직 또는 유닛 또는 모듈을 포함할 수 있다. 특히 이러한 제2 판정 동안에 마이크로제어기가 측정된 광전력이 목표 광전력 보다 크다고 판정한 경우(326)(판정에서 "예"인 경우), 블록(327)에서 도시된 바와 같이 마이크로제어기는 바이어스 전류를 감소시킬 수 있다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 6 비트 전류 코드를 하나의 최하위 비트(least significant bit)씩 감분시켜 6 비트 DAC 전류원으로 공급할 수 있으므로, 전류원은 대응하는 감소된 전류를 레이저에 공급할 수 있다. 이 대신에, 2 이상의 비트씩 6 비트 DAC 전류원을 감분시킬 수 있다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 바이어스 전류의 감소량은 측정된 광전력과 목표 광전력 간 차의 범위와 직접 관련있을 수 있다.
이 대신에, 마이크로제어기가 측정된 광전력이 목표 광전력보다 크지 않다고 판정하면(328)(환언하면 판정에서 "아니오"), 블록(329)에서 도시된 바와 같이 마이크로제어기는 바이어스 전류를 증가시킬 수 있다. 전술한 바와 유사하게 본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 6 비트 전류 코드는 하나의 최하위 비트씩 증분되어 6 비트 DAC 전류원으로 공급될 수 있으므로, 전류원은 대응하는 증가된 전류를 레이저로 공급할 수 있다.
따라서 마이크로제어기는 광전력의 변동 방향을 반대로 하기 위하여 사전결정된 목표 광전력 및 측정된 광전력을 기반으로 바이어스 전류를 조정하도록 네거티브 피드백 로직(negative feedback logic)을 포함할 수 있다. 이러한 조정은 온도가 변동될 때 및/또는 레이저의 전송 특성이 시간에 걸쳐 변하거나 혹은 열화될 때 광전력의 변동을 피하거나 혹은 상쇄시킬 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 측정된 제1 광전력과 목표 광전력 간의 차이는 임계치에 비교될 수 있고, 측정된 제1 광전력이 목표 광전력과 임계치보다 더 크게 차이나는 경우에만 전류가 조정될 수 있다. 이러한 임계치 사용은 제어를 안정화시키고 트래싱(thrashing)을 피할 수 있도록 도울 수 있지만 선택사양이다.
블록(327)에서의 전류 감소 또는 블록(329)에서 전류 증가 후에, 방법은 블 록(330)으로 진행될 수 있다. 블록(330)에서, 광검출기는 레이저 조정된 전류에서 동작하는 동안에 레이저에 의해 공급되는 광전력을 재측정할 수 있다. 즉 레이저가 미리 조정된 전류에서 동작하는 동안에, 광검출기는 반도체 레이저에 의해 방출되는 제2 광전력을 측정할 수 있다. 전술한 바와 같이, 광검출기는 재측정한 광전력을 표시하는 전압 또는 다른 전기 신호를 마이크로제어기로 공급할 수 있다.
마이크로제어기는 출력 전압 또는 다른 전기 신호를 수신할 수 있다. 블록(331)에 도시된 바와 같이, 마이크로제어기는 (블록 321에서 측정한) 이전에 측정된 광전력과 (블록 330에서 측정한) 이후에 재측정된 광전력을 이용하여 수학식을 계산함으로써 새로운 전기 변조 전류를 결정하기 위한 추가적인 결정 로직 또는 유닛 또는 모듈을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 실제 수신한 전기 신호를 사용하거나 혹은 수신한 전기 신호의 표현 또는 변환을 사용할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 마이크로제어기는 수신한 전압을 광전력 또는 전압의 양을 나타내는 디지털 숫자로 변환하기 위한 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 계산된 변조 전류는 사실상 일정한 및/또는 대략 일정한 소광비를 반도체 레이저에 제공할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라서, 적당한 수학식의 일 예는 다음의 수학식 1이다:
Figure 112008035799353-PCT00001
이 수학식에서, Im은 새로운 변조 전류이고, PH는 디지털 "1"에 대응하는 높은 "온" 광전력을 나타내고, PL은 디지털 "0"에 대응하는 낮은 "오프" 광전력을 나타내고, Vpd는 블록(321)에서 측정된 제1 광전력을 나타내고, ΔVpd는 블록(330)에서 측정된 제2 광전력과 블록(321)에서 측정된 제1 광전력 간의 차를 나타낸다.
수학식 1의 짧은 유도식이 도움이 될 수 있다. 온도(T)의 함수인 소광비(ER)는 데시벨(dB)의 단위로 다음의 수학식 2에 의해 표현될 수 있다:
Figure 112008035799353-PCT00002
임계 전류(IT) 이상에서, 평균 레이저 출력 전력(LaserPower)은 다음의 수학식 3에 의해 표현되는 바와 같이 인가되는 평균 구동 전류(I)의 증가에 따라 대략 선형적으로 증가한다:
Figure 112008035799353-PCT00003
수학식 2 및 수학식 3은 다음의 수학식 4로서 재작성될 수 있다:
Figure 112008035799353-PCT00004
또한 반도체 레이저로의 구동 전류가 다음의 수학식 5에 의해 하나의 최하위 비트 만큼 증가하는 마이크로제어기로부터의 디지털 신호 증가에 대응하는 양 만큼 증가할 때, 레이저 전력은 광검출기로부터의 전압 변동(ΔVpd) 및 광검출기로부터의 평균 전압(Vpd)과 관련있다:
Figure 112008035799353-PCT00005
여기서 상수(T)는 평균 구동 전류가 하나의 최하위 비트의 증가에 따라서 증가될 시에 평균 레이저 출력 전력의 변동을 나타낸다. 수학식 4 및 수학식 5는 결합될 수 있고, 다음과 같이 재배열될 수 있다:
Figure 112008035799353-PCT00006
바로 위의 수학식은 수학식 1을 산출한다. 수학식 1은 구동 전류가 디지털 구동 신호의 하나의 최하위 비트의 등가물에 의해 변경될 때에, 공지의 비 PH/PL, 광검출기로부터 측정된 전압 VPd 및 광검출기로부터의 측정된 전압의 변동(ΔVPd)의 관점에서 사실상 또는 대략 일정한 소광비를 실현하기 위해 변조 전류를 계산하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 범주는 수학식 1의 사용으로 제한되지 않는다. 도 1의 재배열도 적합할 수 있다. 다른 변수 또는 표현이 또한 아니면 선택적으로 수학식 1로 대체되어 상이한 수학식을 제공할 수 있다. 또 다른 수학식은 완전히 반도체 레이저 거동의 상이한 모델 및/또는 가정에 기초하여 도출될 수 있다. 예는 비선형성, 반올림, 임계 전류 이하의 제로가 아닌 부분등을 고려하는 것을 포함한다. 따라서 수학식 1은 사용될 수 있는 다수의 가능한 수학식 중의 단지 하나로서 간주되어야 한다. 수학식 1은 본 발명의 범주를 제한하기보다는 특정 개념을 설명하기 위해 제공되었다.
원한다면, 임계 전류 및 기울기 효율을 또한 선택적으로 계산할 수 있다. 임계 전류를 결정하기 위한 하나의 예시적인 적당한 수학식은 다음의 수학식 6이다:
Figure 112008035799353-PCT00007
이 수학식에서, IT는 임계 전류를 나타내고, IB는 비아어스 전류를 나타낸다.
기울기 효율을 결정하기 위한 하나의 예시적인 적당한 수학식은 다음의 수학식 7이다:
Figure 112008035799353-PCT00008
이 수학식에서, LaserPower는 평균 출력 광전력을 나타내고, IB는 바이어스 전류를 나타내고, IT는 임계 전류를 나타낸다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 예를 들면 EEPROM과 같은 마이크로제어기에 저장되어 실시간 LaserPower와 전압을 관련시키는 데 사용될 수 있는 교정 데이터(calibration data)를 사용함으로써 광검출기의 측정된 전압 출력으로부터 LaserPower를 결정할 수 있다. 주어진 수학식의 다른 형태 및 다른 수학식이 또한 선택적으로 사용될 수 있다. 또한 임계 전류 및/또는 기울기 효율 계산은 선택사양이며 요구사항은 아니다.
임계 전류 및 기울기 효율은 통상 반도체 레이저의 거동을 특징화하기 위하여 당업자에 의해 사용된다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 광트랜시버의 제조 동안에, 하나 이상의 온도에서(예를 들면 실온에서) 하나 이상의 초기 또는 시작 기울기 효율 및 임계치를 선택적으로 결정하고, 이를 예를 들면 EEPROM과 같은 광트랜시버의 비휘발성 로컬 메모리에 선택적으로 저장할 수 있다. 초기 또는 시작 기울기 효율 및 임계치는 광트랜시버의 광 성능의 변동에 접근하는 데 있어 표준 또는 기준(benchmark)으로 사용될 수 있다. 실행시간 동안에, 기울기 효율 및 임계 전류는 본 명세서에 기술된 바와 같이 펌웨어를 사용하여 계산될 수 있고, 예를 들면 마이크로제어기의 RAM과 같은 광트랜시버의 휘발성 로컬 메모리에 선택적 으로 저장될 수 있다. 실행시간 계산된 기울기 효율 및 임계 전류는 예를 들면 분당 적어도 몇 번 또는 초당 다수 번까지도 동작 동안에 선택적으로 자주 계산될 수 있다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 예를 들면 수명 또는 열화로 인한 광트랜시버의 변동에 접근하기 위해 계산된 임계 전류 및/또는 기울기 효율, 그리고 초기 기울기 효율 및/또는 임계 전류를 비교할 수 있다. 예로써, 호스트 시스템이 레이저 또는 광트랜시버의 성능을 감시할 수 있도록 하기 위하여, EEPROM에서의 초기 값과 RAM에서의 실행시간 계산된 값을 호스트 시스템, I2C(Inter-IC) 또는 다른 인터페이스로 공급할 수 있다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 방법은 기울기 효율 및/또는 임계 전류가 동일 온도에서 초기 기울기 효율 및/또는 임계치에 대하여 변하는 레이저를 가진 모듈을 대체하도록 려는 결정을 포함할 수 있는데, 이는 잠재적으로 레이저의 노화, 열화 또는 변경을 표시하려는 경향일 수 있다.
도 3을 다시 참조하면 블록(332)에 도시된 바와 같이, 마이크로제어기는 새로운 변조 전류를 기반으로 변조 전류를 조정할 수 있다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 변조 전류를 새로운 변조 전류로 조정할 수 있다. 이 대신에, 원한다면 변조 전류를 새로운 변조 전류로 부분적으로 조정할 수 있다.
블록(332)과 블록(321)을 연결한 화살표로 도시된 바와 같이, 방법은 하나 이상이거나 임의의 다수회 만큼 선택적으로 반복될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 방법은 광송신기의 동작 동안에 연속적으로, 및/또는 주기적으로 이행될 수 있다. 대표적으로, 단지 몇몇 예만을 말하면 방법은 분당 한 번, 분당 여러 번, 초당 한 번 또는 초당 다수 번 수행될 수 있다. 특히 방법을 자주 수행하지 않는 것이 적절하지만 온도가 예를들어 시동 동안에 발생하는 것과 같이 신속하게 변하는 경우에는, 잠재적으로 광전력 및/또는 소광비에서 상당한 변동을 가져올 수 있다.
링크 파라미터 및 프로토콜의 범위를 각각 다루는 폭넓은 다양한 폼 팩터(form factors)에 예를 들면 VCSEL과 같은 반도체 레이저를 사용하는 광트랜시버가 현재 사용가능하다. 이들 폼 팩터는 공통 기계적 치수 및 전기 인터페이스를 정의하는 MSAs(Multi-Source Agreements)의 결과이다. 초기 MSA는 300핀 MSA였고 다음에는 XEMPAK, X2/XPAK 및 XFP였다. MSA에 의해 정의되는 각 트랜시버는 다양한 시스템, 상이한 지원 프로토콜, 섬유 도달(fiber reaches) 및/또는 전력 소모 레벨의 요구를 맞추는 이점을 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 적당한 TOSA(416)의 단면을 도시한다. 도시된 TOSA(416)는 TO-캔(transistor-outline can) 패키지(434)로서 알려진 구성을 가진다. 이 이름은 통상 개별 트랜지스터 패키지의 형태를 닮은 TO-캔의 형태를 말한다. TO-캔은 TOSA의 민감한 소자를 밀봉하여 수용할 수 있다. TO-캔은 전기 리드(electrical leads)(438)를 가진 헤더 부분(436)을 포함할 수 있다. TO-캔은 헤더 부분이 외부 하우징(housing)(442)에 접하도록 공동(cavity)(440) 내에 딱 맞을 수 있다. 스페이서(spacer)(444)는 공동의 내벽(446)에 대해 TO-캔을 유지시키는 데 사용될 수 있다. TO-캔의 상부에 있는 렌즈 또는 윈도우(448)는 광섬유 코어(450)로부터 또는 코어로 빛을 통과시킬 수 있다. 하우징은 광섬유 코어 를 TO-캔의 윈도우로 정렬시키는 데 적합할 수 있다. TO-캔은 볼록 렌즈 또는 윈도우를 가진 것으로 도시되었지만, TO-캔은 이 대신에 평각(flat angle)의 윈도우를 가진 금속캔을 포함할 수 있다. 하우징은 LC 커넥터와 같은 SFF(small form factor) 플러그 가능 커넥터, 또는 광트랜시버를 위한 다른 표준 착탈가능 커넥터의 암부분(female portion)(452)을 형성할 수 있다. 섬유(454)는 연장 코드부(456)를 가질 수 있고, 섬유의 중심을 맞추는 페룰(ferrule)(460)을 구비한 커넥터의 정합 부분(mating portion)에 의해 유지될 수 있는 외부 보호 외장(458)을 더 포함할 수 있다. 페룰은 섬유를 TO-캔의 윈도우와 광학적으로 정렬할 수 있도록 하우징에 형성된 페룰 리셉터클(ferrule receptacle)(462)로 페룰을 플러그할 수 있다.
도 5는 광전자 어셈블리를 수용하기 위한 TO-캔(434)을 보여주는 사시도이다. TO-캔은 절연 베이스 또는 헤더(436), 금속 실링부(563) 및 금속 덮개(564)를 포함할 수 있다. 헤더(436)는 광전자 어셈블리로부터 떨어져서 열을 전도할만큼 양호한 열전도성을 가진 재료로 형성될 수 있다. 헤더는 높은 열전도성 재료를 사용함으로써 예를 들면 다이오드 레이저와 같은 비냉각 능동 광학장치, 및 예를 들면 다이오드 구동 회로 또는 칩과 같은 캔-통합 집적 회로의 열을 효과적으로 발산할 수 있다.
절연 헤더는 상부면(565), 하부면(566) 및 상부면으로부터 아래로 연장된 사실상 평평한 4개의 측벽(567)(둘은 도시됨)을 포함할 수 있다. 헤더의 두께는 대략 1mm일 수 있다. 이 대신에, 절연 헤더는 원할 경우에 더 두껍거나 혹은 더 얇 을 수 있다. 헤더는 다수 레벨을 가진 다층 기판으로서 구성될 수 있다. 다중 금속층이 다수의 레벨의 각각에 제공되어 적층되거나 혹은 함께 결합될 수 있다.
다양한 장치가 TO-캔 내에 수용될 수 있다. 예를 들면 VCSEL과 같은 능동 광학장치(568)와, 그와 관련된 집적회로(569), 예를 들면 광다이오드와 같은 다른 광학장치(570), 다양한 다른 전기 소자(571, 572)가 금속 밀봉부재의 내부 영역내에 위치될 수 있다.
적어도 하나의 전기 리드(573)가 포함 및 결합되어 패키지 TO-캔 내에 수용된 광전자 및/또는 전기 소자로부터의 신호를 예를 들면 인쇄 회로 기판 또는 다른 외부 시그널링 매체와 같은 TO-캔의 외부에 위치한 소자로 전달할 수 있다. 리드는 도시된 바와 같이 단면에서 원형 또는 직사각형일 수 있다. 이 대신에, 헤더는 선택적으로, 예를 들면 볼 그리드 어레이(ball grid array) 접속부와 같은 땜납 접속부 및/또는 플렉스 회로(flex circuit)를 사용함으로써 인쇄 회로 기판 또는 다른 시그널링 매체와 결합될 수 있다.
KovarTM 또는 다른 적당한 금속을 포함할 수 있는 덮개는 헤더의 상부면에 장착된 광전자 및 전기 소자를 포함하고 충분히 둘러싸서 TO-캔을 밀봉하기 위해 금속 밀봉 부재에 완전히 밀봉될 수 있다. 이러한 밀봉 덮개를 사용하면 습기 및 주변 공기를 배제시키고, 부식을 감소시켜 내부의 광전자 및 전기 소자를 보호하는 데 도움이 될 수 있다.
덮개는 단지 몇몇 예를 말하면 예를 들어 판유리 윈도우, 볼 렌즈, 비구면 렌즈 또는 GRIN 렌즈와 같은 투명 부분을 포함할 수 있다. 예를 들면 VCSEL과 같은 광전자 소자가 TO-캔 내에 위치됨으로써, 빛이 투명 부분(214)을 통해 광전자 소자를 지나갈 수 있다. 양상에서 투명부분은 유리, 세라믹, 플라스틱 또는 혼합물로써 형성될 수 있다. TO-캔 내에 수용된 광전자 및 전기 소자에 미치는 영향을 피하기 위하여, 커버의 투명 부분에 선택적으로 반사 방지 코팅을 제공하여 광 손실 및 후방 반사를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 도 4 및 도 5에 도시된 TOSA(416) 또는 그와 같은 것이 도 2에 도시된 TOSA(216) 대신 사용될 수 있다. 이 대신에, 다른 MSA를 따르는 다른 유형의 TOSA가 선택적으로 사용될 수 있다. 본 발명의 범주는 임의 특정한 TOSA, MSA 또는 폼 팩터로 제한되지 않는다.
도 6은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 적당한 광트랜시버(600)의 블록도이다. 광트랜시버는 TOSA(616), ROSA(receiver optical sub-assembly)(675), Tx(transmitter) 구동기 및 Rx(receiver) 양자화 집적회로(IC)(676), 그리고 선택적 디지털 진단 IC(677)을 포함한다. TOSA 및 ROSA는 Tx 구동기 및 Rx 양자화 IC와 전기결합된다. Tx 구동기 및 Rx 양자화 IC는 선택적 디지털 진단 IC와 전기결합된다. TOSA 및 ROSA는 예를 들면 하나 이상의 광섬유와 같은 광 인터페이스와 결합될 수 있다. Tx 구동기 및 Rx 양자화 IC는 예를 들면 고속 시리얼 데이터 버스와 같은 전기 인터페이스와 전기결합될 수 있다. 선택적 디지털 진단 IC는 디지털 관리 인터페이스와 전기결합될 수 있다. 선택적 디지털 진단 IC는 원격 링크 감시 능력을 제공하도록 선택적으로 포함될 수 있다. 또한 전술한 바와 같이 디지 털 진단 기능의 전부 또는 일부가 마이크로제어기 내에서 선택적으로 구현될 수 있으므로, 디지털 진단 IC는 선택사양인 것으로 간주된다.
도 7은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 적당한 SFF 광트랜시버 패키지(700)의 사시도이다. 도시된 바와 같이, 이 패키지는 전자 및 광전자 소자를 수용하기 위한 몸체(778)를 포함할 수 있다. 회로 보드 또는 다른 시그널링 매체와 결합하도록 (도시되진 않았지만 하부면 상에 있는) 핀 또는 다른 전기 커넥터가 몸체에 제공될 수 있다. 패키지의 전면은 광섬유 또는 도파관이 트랜시버 패키지와 통신할 수 있도록 하기 위하여 정합 플러그를 받아들일 수 있는 리셉터클 부분(779)을 포함할 수 있다. 기술된 실시예에서는 예를 들어 하나의 송신기 리셉터클과 또 다른 하나인 수신기 리셉터클의 두 리셉터클이 포함된다.
도 7에 도시된 광트랜시버와 유사한 소정의 특징을 갖는 하나의 예시적인 SFF 광트랜시버는 캘리포니아 산타 클라라의 인텔사로부터 상업적으로 입수가능한 Intel®TXN31115 4/2/1Gbps SFP(Small Form Factor Pluggable) 광트랜시버이다. TXN31115 광트랜시버는 MSA(Multi-Source Agreement) 컴플리언트이며, 다중모드 광섬유 상에서 양방향 통신을 위한 고성능 집적 듀플렉스 데이터 링크를 제공할 수 있다. 고속 섬유 채널 데이터 링크를 위해 모듈은 4.25Gbps(4X Fibre Channel rate)로 설계될 수 있다. 속도 선택 사용으로서 모듈은 빠르게 정해질 수 있고, 또한 1X 및 2X 섬유 채널 속도(1.0625Gbps 및 2.125Gbps)로, 그리고 기가비트 이더넷 속도(1.25Gbps)로 동작할 수 있다. 인텔 TXN31115 광트랜시버에 산업 표준 LC 광커넥터와 호환가능한 LC 리셉터클이 제공될 수 있다. SFF 850nm 트랜시버는 단 일 3.3V 공급원을 사용할 수 있다. 광전자 트랜시버 모듈은 FDA 방사 성능 표준(FDA Radiation Performance standards), 21 CFR Subchapter J과 컴플리언트될 수 있는 클래스 1 레이저 제품일 수 있다. 또한 장치는 국제 안전 표준 IEC-825-1을 가진 클래스 1 레이저 컴플리언트일 수 있다. 다른 가능한 사양은 섬유 채널 FC-PI 표준을 가진 컴플리언트, 이더넷 802.3z를 표준을 가진 컴플리언트, SFP MSA를 가진 컴플리언트, 핫 플러그가능, 베일 래치(bale latch) 설계, 850nm VCSEL 이미터, 4.25/2.125/1.0625Gbps 섬유 채널 성능, 1.25Gbps 기가비트 이더넷 성능, 4/2bps 또는 1/2Gbp를 위한 속도 선택, 또한 입수가능한 1/2Gbps 유일버전, TTL 신호 검출 출력, 송신기 디스에이블 입력, 50W AC결합 CML 레벨 입력/출력, 단일 +3.3 전원, 클래스 1 레이저 안전 컴플리언트 및 승인된 UL 1950을 포함할 수 있다. 원하는 경우에 유사한 적당한 광트랜시버의 더 상세한 설명은 2005년 1월 14일 발행된 Intel TXN31111 Tri-rate 850nm SFP Optical Transceiver datasheet, Order No. 280049, Revision 004에서 입수가능하다. 본 발명의 다른 다양한 실시예에서, 이들 사양의 서브셋, 이들 사양의 수퍼셋 및 다른 사양들 전부를 가진 광트랜시버도 적당하다.
도 8은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 광 네트워크 설비(890)의 블록도이다. 광 네트워크 설비는 몇몇 예를 말하자면 광스위치 또는 광라우터를 포함할 수 있다.
광 네트워크 설비는 라인 카드(880) 및 다른 소자(883)를 포함한다. 라인 카드는 함께 결합된, 예를 들면 인텔® TXN31115 광트랜시버 또는 다른 SFF 광트랜 시버와 같은 다수의 광트랜시버(800)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 16개의 광트랜시버가 라인 카드와 결합된다. 예를 들면 SFF 모듈은 라인 카드상에 고 모듈 밀도를 허용한다. 4개의 광트랜시버는 각 사분 SERDES(881)에 개별적으로 연결된다. SERDES는 직렬변환기(serializer) 및 직병렬변환기(deserializer)를 의미한다. 직렬변환기 부분은 저속 병렬 데이터스트림을 취하여, 이를 고속 데이터스트림으로 직렬화할 수 있고, 직병렬변환기는 고속 직렬스트림을 취하여, 이를 저속 병렬 데이터스트림으로 병렬화할 수 있다. 각 쿼드 SERDES는 4 고속 직렬 입력 및 출력을 취할 수 있다. 4개의 4분 SERDES의 각각은 스위치 ASIC(application specific integrated circuit)(882)와 결합된다. 스위치 ASIC는 스위치 뒤판 또는 스위치 패브릭과 결합될 수 있다.
기술된 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 다른 소자(883)는 예를 들면 스위치 패브릭(884), 하나 이상의 프로세서(885) 및 메모리(886)와 같은 종래의 소자를 포함할 수 있다. 용어 스위치 패브릭은 일반적으로, 한 포트로 들어와서 다른 포트로 나가는 데이터의 방향을 바꾸기 위해 스위치에 의해 사용되는 내부 상호접속 구조를 언급한다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 프로세서는 단일 프로세서 코어 또는 다중 프로세서 코어를 포함할 수 있다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 메모리는 DRAM(dynamic random access memory)을 포함할 수 있다. DRAM은 모든 네트워크 설비가 아닌 일부에 사용되는 메모리 유형이다.
설명 및 특허청구범위에서, 파생어와 함께 용어 "결합된" 및 "접속된"이 사용될 수 있다. 이들 용어는 서로 동의어가 아니라는 것을 이해해야 한다. 오히려 특정 실시예에서, "접속된"은 둘 이상의 요소가 서로 직접 물리적 또는 전기적 접촉 상태에 있는 것을 나타내는 데 사용될 수 있다. "결합된"은 둘 이상의 소자가 직접 물리적 또는 전기적 접촉 상태에 있는 것을 의미할 수 있다. 그러나 "결합된"은 둘 이상의 요소가 서로 직접 접촉하진 않지만 여전히 상호협력하거나, 상호작용하거나 또는 서로 통신하는 것을 의미할 수도 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 다르게 설명되지 않는다면, 판정(결정), 비교, 조정, 계산, 컴퓨팅 등과 같은 동작은 예를 들면 마이크로제어기, 집적회로, 다른 회로 또는 광트랜시버, 네트워크 설비 또는 이러한 회로를 포함하는 다른 장치와 같은 장치에 의해 수행되는 동작을 언급한다. 이러한 동작은 예를 들면 메모리에 저장된 데이터 및/또는 전기 신호를 조작 또는 변환하는 것을 포함할 수 있다.
전술한 내용에서, 설명을 위하여 본 발명의 실시예의 철저한 이해를 제공하고자 다수의 특정 상세사항을 설명하였다. 그러나 당업자라면 하나 이상의 다른 실시예가 소정의 이들 특정 상세 사항없이도 실행될 수 있다는 것을 분명히 알 것이다. 기술한 특정 실시예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 설명을 위한 것이다. 본 발명의 범주는 전술한 특정 예에 의해 결정되는 것이 아니라 후술되는 특허청구범위에 의해서만 정해진다. 다른 경우에, 설명의 이해를 모호하게 하지 않도록 잘 알려진 회로 구조, 장치 및 동작 설명이 상세사항 없이 또는 블록도 형태로 도시되었다.
또한 당업자라면 본원에 개시된 실시예에, 예를 들면 크기, 구성, 기능, 재 료 및 실시예의 소자의 동작 방식에 변경을 행할 수 있음을 이해할 것이다. 도면에 도시되고 명세서에 기술된 것과 동등한 관계가 본 발명의 실시예 내에 포함된다.
다양한 동작 및 방법을 기술하였다. 방법의 일부는 기본 형태로 기술되었지만 선택적으로 방법에 동작을 추가하거나 및/또는 방법으로부터 동작을 제거할 수 있다. 또한 방법의 동작은 종종 선택적으로 상이한 순서로 수행될 수 있다. 본 방법에 다수의 변형 및 개조를 행할 수 있으며 이를 고려한다.
소정 동작은 하드웨어 소자에 의해 수행될 수 있거나, 회로가 동작을 수행하는 명령어들로써 프로그래밍되게 하거나, 적어도 결과적으로 프로그램되게 하는 데 사용될 수 있는 머신(machines)-실행가능 명령어들로 구현될 수 있다. 회로는 몇몇 예를 말하면 범용 또는 특수 목적용 프로세서 또는 논리회로를 포함할 수 있다. 또한 동작은 선택적으로 하드웨어와 소프트웨어의 결합에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예는 하나 이상의 명령어들 및/또는 데이터 구조를 저장한 머신-액세스가능 및/또는 판독가능 매체를 포함할 수 있는 프로그램 제품 또는 다른 제조물로서 제공될 수 있다. 매체는 머신에 의해 실행가능한 경우에 결과적으로 머신이 본원에 개시된 하나 이상의 동작 또는 방법을 수행할 수 있도록 하는 명령어들을 제공할 수 있다. 적당한 머신은 단지 몇몇 예를 말하면 마이크로제어기, 제어기, 마이크로프로세서, 광송신기, 광트랜시버, 라인 카드, 네트워크 장치, 컴퓨터 시스템, 그리고 하나 이상의 프로세서를 가진 다양한 다른 장치를 포함하지만 이로 제한되지는 않는다.
매체는 머신에 의해 액세스가능한 형태인 정보를 제공하는, 예를 들어 저장하는 메카니즘을 포함할 수 있다. 예를 들면 매체는 선택적으로, 예를 들면 플로피 디스켓, 광저장매체, 광디스크, CD-ROM, 자기디스크, 자기광디스크, 판독전용메모리(ROM), 프로그램가능 ROM(PROM), 소거 및 프로그램가능 ROM(EPROM), 전기적 소거가능 및 프로그램가능 ROM(EEPROM), RAM, 정적 RAM(SRAM), 동적 RAM(DRAM), 플래시 메모리 및 이들의 결합과 같은 기록가능 및/또는 기록불가능 매체를 포함할 수 있다.
명확성을 위하여, 청구범위에서는, 특정 기능을 수행하는 "수단(means for)" 또는 특정 기능을 수행하는 "단계(step for)"를 명확히 언급하지 않는 임의 요소는 35 U.S.C. 섹션 112 단락 6에 명시된 바와 같이 "수단(means)" 또는 "단계(step)"로서 해석되어서는 안된다. 특히 본원의 청구범위에서 "단계(step of)"의 어떠한 잠재적인 사용도 35 U.S.C. 섹션 112 단락 6의 조항을 이끌어내도록 의도되지 않는다.
또한 본 명세서에 걸쳐 "일 실시예", "실시예" 또는 "하나 이상의 실시예"에 대한 언급은 예를 들어 특정한 특징이 본 발명의 실시에 포함될 수 있음을 의미한다는 것을 이해해야 한다. 유사하게, 상세한 설명에서 다양한 특징은 때로 개시한 내용을 간소화하고 다양한 발명의 양상의 이해를 돕기 위하여 단일 실시예, 도면 또는 그 설명에서 함께 그룹화된다는 것을 이해해야 한다. 그러나 이러한 개시 방법은 본 발명이 각 청구항에서 명백히 인용된 것보다 더 많은 특징을 요구하는 의도를 반영한 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려 후속되는 청구범위가 반영하는 바와 같이, 발명의 양상은 개시된 단일 실시예의 모든 특징보다 적을 수 있다. 따라서 상세한 설명에 후속한 청구범위는 이 상세한 설명에 명백히 포함되며, 각 청구항은 본 발명의 개별 실시예로서 그 자체를 주장한다.
따라서 몇몇 실시예로써 본 발명을 전부 기술하였지만, 당업자라면 본 발명이 기술된 특정 실시예로 제한되지 않으며, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주내에서 변형 및 변경을 행할 수 있음을 알 것이다. 따라서 기술한 내용은 제한이 아니라 설명을 위한 것으로 간주된다.

Claims (20)

  1. 반도체 레이저에 의해 방출되는 제1 광전력(optical power)을 측정하는 단계,
    상기 측정된 제1 광전력과 사전결정된 목표 광전력의 비교를 적어도 일부분 기반으로 하여 상기 반도체 레이저로 공급되는 전류를 조정하는 단계,
    상기 조정 후에, 상기 반도체 레이저에 의해 방출되는 제2 광전력을 측정하는 단계, 및
    상기 제1 광전력 및 상기 제2 광전력을 포함하는 수학식을 계산함으로써 사실상 일정한 소광비(extinction ratio)를 상기 반도체 레이저에 제공할 수 있는 전류를 결정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조정 단계는 상기 측정된 제1 광전력이 상기 사전결정된 목표 광전력과 임계치보다 많이 차이나는 경우에 상기 전류를 조정하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 조정 단계는 바이어스 전류(bias current)를 조정하는 단계를 포함하고,
    상기 바이어스 전류의 조정 단계는,
    상기 측정된 제1 광전력이 상기 사전결정된 목표 광전력보다 상기 임계치보다 많이 큰 경우에 상기 바이어스 전류를 감소시키는 단계, 및
    상기 측정된 제1 광전력이 상기 사전결정된 목표 광전력보다 상기 임계치보다 많이 작은 경우에 상기 바이어스 전류를 증가시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 임계치는 상기 목표 광전력의 1% 내지 20%의 범위인 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 결정 단계는 변조 전류(modulation current)를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 수학식을 계산함으로써 하나 이상의 기울기 효율(slope efficiency) 및 임계 전류(threshold current)를 결정하는 단계, 및
    호스트 시스템이 상기 레이저의 열화(degradation)를 감시할 수 있도록 상기 호스트 시스템으로 상기 하나 이상의 기울기 효율 및 임계 전류를 공급하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  7. 제어 신호들을 공급하기 위한 제어기,
    상기 제어 신호를 기반으로 전류를 공급하기 위해 상기 제어기와 전기결합된 가변 전류원,
    상기 전류를 기반으로 빛을 방출하도록 상기 가변 전류원과 전기결합된 반도체 레이저,
    상기 빛을 측정하기 위해 상기 반도체 레이저와 광결합되고, 상기 측정된 빛을 나타내는 신호를 공급하기 위해 상기 제어기와 전기결합된 광검출기,
    상기 제어기로 하여금, 측정된 제1 광전력과 사전결정된 목표 광전력의 비교를 적어도 일부분 기반으로 하여 상기 가변 전류원에 의해 공급되는 전류를 조정하게 하는 로직, 및
    상기 제어기로 하여금, 상기 측정된 제1 광전력과, 상기 제어기가 상기 전류를 조정한 후에 측정된 제2 광전력을 포함하는 수학식을 계산함으로써 사실상 일정한 소광비를 실현할 수 있는 전류를 결정하게 하는 로직
    을 포함하는 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 로직은, 상기 측정된 제1 광전력이 상기 사전결정된 목표 광전력과 임계치보다 많이 차이나는 경우에 상기 제어기로 하여금 상기 전류를 조정하게 하는 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 조정된 전류는 바이어스 전류를 포함하고,
    상기 로직은 상기 제어기로 하여금,
    상기 측정된 제1 광전력이 상기 사전결정된 목표 광전력보다 상기 임계치보다 많이 큰 경우에 상기 바이어스 전류를 감소시키고,
    상기 측정된 제1 광전력이 상기 사전결정된 목표 광전력보다 상기 임계치보다 많이 작은 경우에 상기 바이어스 전류를 증가시킴으로써, 상기 바이어스 전류를 조정하게 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 임계치는 상기 목표 광전력의 1% 내지 20%의 범위인 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 로직은 상기 제어기로 하여금 상기 수학식을 계산함으로써 변조 전류를 결정하게 하는 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 반도체 레이저 및 상기 광검출기는 TOSA(transmitter optical-assembly)에 포함되며,
    상기 TOSA를 수용(housing)하는 SFF(small form factor)를 더 포함하는 장치.
  13. 제조물로서,
    실행될 때,
    반도체 레이저에 의해 방출되는 빛의 측정된 제1 광전력과 사전결정된 목표 광전력의 비교를 적어도 일부분 기반으로 하여 상기 반도체 레이저로 공급되는 전류를 조정하는 단계, 및
    상기 측정된 제1 광전력과, 상기 제어기가 상기 전류를 조정한 후에 측정된 제2 광전력을 포함하는 수학식을 계산함으로써 사실상 일정한 소광비를 상기 반도체 레이저에 제공할 수 있는 전류를 결정하는 단계
    를 포함하는 동작들을 머신이 수행하게 하는 명령어들을 제공하는 머신 액세스가능 매체를 포함하는 제조물.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 머신 액세스가능 매체는, 실행될 때,
    상기 측정된 제1 광전력이 상기 사전결정된 목표 광전력과 임계치보다 많이 차이나는 경우에 상기 전류를 조정하는 단계
    를 포함하는 동작들을 상기 머신이 수행하게 하는 명령어들을 더 제공하는 제조물.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 머신 액세스가능 매체는, 실행될 때,
    상기 측정된 제1 광전력이 상기 사전결정된 목표 광전력보다 임계치보다 많이 큰 경우에 바이어스 전류를 감소시키거나, 혹은
    상기 측정된 제1 광전력이 상기 사전결정된 목표 광전력보다 상기 임계치보다 많이 작은 경우에 바이어스 전류를 증가시킴으로써,
    상기 바이어스 전류를 조정하는 단계
    를 포함하는 동작들을 상기 머신이 수행하게 하는 명령어들을 더 제공하는 제조물.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 머신 액세스가능 매체는, 실행될 때,
    기울기 효율 및 임계 전류로부터 하나 이상을 선택하여 결정하는 단계, 및
    상기 기울기 효율 및 임계 전류로부터 선택된 상기 하나 이상을 제어기의 메모리에 저장하는 단계
    를 포함하는 동작들을 상기 머신이 수행하게 하는 명령어들을 더 제공하는 제조물.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 머신 액세스가능 매체는, 실행될 때,
    상기 수학식을 계산함으로써 변조 전류를 결정하는 단계
    를 포함하는 동작들을 상기 머신이 수행하게 하는 명령어들을 더 제공하는 제조물.
  18. 스위치 패브릭(switch fabric), 및
    상기 스위치 패브릭과 전기결합된 적어도 하나의 광트랜시버(optical transceiver)
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 광트랜시버의 각각은,
    제어 신호들을 공급하기 위한 제어기,
    상기 제어 신호들을 기반으로 전류를 공급하기 위해 상기 제어기와 전기결합된 가변 전류원,
    상기 전류를 기반으로 빛을 방출하기 위해 상기 가변 전류원과 전기결합된 반도체 레이저,
    상기 빛을 측정하기 위해 상기 반도체 레이저와 광결합되고, 상기 측정된 빛을 나타내는 신호들을 공급하기 위하여 상기 제어기와 전기결합된 광검출기,
    상기 제어기로 하여금, 측정된 제1 광전력과 사전결정된 목표 광전력의 비교를 적어도 일부분 기반으로 하여 상기 가변 전류원에 의해 공급되는 전류를 조정하게 하는 로직, 및
    상기 제어기로 하여금, 상기 측정된 제1 광전력과, 상기 제어기가 상기 전류를 조정한 후에 측정된 제2 광전력을 포함하는 수학식을 계산함으로써 사실상 일정한 소광비를 실현할 수 있도록 상기 전류를 결정하게 하는 로직
    을 포함하는 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 로직은 상기 측정된 제1 광전력이 상기 사전결정된 목표 광전력과 임계치보다 많이 차이나는 경우에 상기 제어기로 하여금 상기 전류를 조정하게 하는 시스템.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 조정된 전류는 바이어스 전류를 포함하고, 상기 결정된 전류는 변조 전류를 포함하는 시스템.
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